木薯燃料乙醇生产过程能量综合利用模式探讨

粮食与食品工业Vol.16,2009,No.4Cereal and Food Industry生物工程木薯燃料乙醇生产过程能量综合利用模式探讨郝慧英1,邓立康2,杜金宝31.国家粮食储备局无锡科学研究设计院(无锡214035)2.中粮集团科学研究院生化研发中心(北京100020)3.广西中粮生物质能源有限公司(北海536100摘要:分析了現有木薯燃料乙醇生产工艺,重点介绍了降低木薯燃料乙醇生产过程中能耗的途径,并提出了木薯燃料乙醇生产过程中能量综合利用模式。关键词:木薯;燃料乙醇;能耗;生产技术中图分类号:TK6文献标识码:B文章编号:1672-5026(2009)04-0030-0Discussion on energy comprehensive utilization pattern incassava fuel ethanol production processHao Huiying, Deng Likang, Du Jinbao1. Wuxi Science Research Design Institute of State Administration for Grain Reserve (Wuxi 214035)2. Bio-chemical Research Development Center, Science Research Institute of China OilFoodstuffs Corporation(COFCO) ( Beijing 1000203. Guangxi COFCO Bio-energy Co, Ltd (Beihai 536100)Abstract: The present preparation technologys of cassava fuel ethanol are analyzed. The ap-proaches to reduce the energy consumption in cassava fuel ethanol production process are intro-duced. The energy comprehensive utilization pattern in cassava fuel ethanol production process isproposKey words: cassava; fuel ethanol; energy consumption; production process随着全球化能源需求量的日益增加,能源紧缺贫效果较为突出[。国家发展和改革委员会2006已经是世界各国面临的普遍难题。推广使用乙醇汽年已明确提出我国必须坚持非粮生物质能源的产业油是国家着力缓解能源、环境、农业问题的一项战略化,在我国坚持发展非粮燃料乙醇的背景下,现木薯性举措。原料已大规模流向燃料乙醇企业。国内已育成的华木薯是最为理想的不与粮争地的能源作物,其南205、南植199、华南5号、华南8639等,在我国的组成见表1。近几年我国木薯产业发展较快,广西热带亚热带地区广泛种植口的木薯原料资源优势明显,2006年广西木薯生产总衰1木薯原料的组成量达到800万t,占全国木薯总产量的68%左右,主种类水分粗蛋白粗脂肪碳水化合物粗纤维粗灰分要用来生产淀粉、乙醇、山梨醇、柠檬酸等产品。从许多贫困落后地区木薯产业的长期发展经验看,与解1.120.426.581.110.54中国煤化工其它作物相比,木薯产业的经济效益社会效益和扶干木03.552.85CNMHG收稿日期:2009-06-18修回日期:2009-07-17作者简介:郝慧英,女,1975年生,工程师,主要从事生化工目前国内各地拟建木薯燃料乙醇的项目积极性程及农产品深加工的设计、工程咨询工作很高,但木薯燃料乙醇产业发展面临着进一步提高粮食与食品工业 Cereal and Food Industryvol.16,2009,No.4技术发展水平,节能降耗等诸多挑战工艺流程基本上是玉米原料生产食用乙醇的类似工1燃料乙醇生产能耗及技术现状艺,而燃料乙醇对杂质含量和水分要求与食用乙醇截然不同。大部分企业简单地由食用乙醇生产线加1.1美国燃料乙醇生产能耗及技术现状上脱水装置,就建成了所谓的燃料乙醇生产装置,工在燃料乙醇生产过程中,把生产过程能耗和水艺流程长,能耗综合利用不合理操作成本较高(见耗作为衡量工艺先进性的重要指标。美国把其表2)。10%耕地产出的玉米用于乙醇的生产,产品综合能2玉米燃料乙醇生产消耗对比闻耗普遍在10.5~13.6MJ/kg燃料乙醇,代表世界吨乙醇吨乙醇吨乙醇吨乙醇吨乙醇上先进的燃料乙醇生产技术水平3-。在玉米燃料消耗玉米消耗综合能耗汽耗水耗电耗乙醇生产过程中,其普遍采用高浓度液化工艺、同步/t:t/GJ·t/t·t1/t;t1/kW·h糖化浓醪发酵、改进的蒸馏和脱水系统、总热量耦25.45~710~12合、全装置水平衡、DDGS处理和干燥及其他副产品美国30~3.212.43~46生产的先进技术。1.2国内燃料乙醇生产能耗及技术现状国内典型的以木薯为原料的乙醇加工厂的工艺现有国内以玉米为原料的乙醇生产企业采用的流程如图1:一次水真接蒸汽直蒸汽循环水酱個浆杨浆崛國喷射液好化崛却换姆塔顶酒气环水[5%食用酒精塔顶测气[发废液真楼汽塔菱水真接燕汽直汽预热器直接排放污水处理不达标排放冷却换热全糟厌氧气直接杰汽分子筛脱水过热器一成品酒精吧料或填埋锅炉燃烧图1典型的以木薯为原料的乙醇加工厂工艺流程图目前该流程能量综合利用情况如下:排放,同时污泥产生量大,后续处理困难(1)在液化工段,采用高温液化的同时并没有考据文献按照目前国内生产工艺和操作条件计虑低能阶热集成换热工艺,大部分可利用热量被排算发酵法生产乙醇的全厂能耗中,蒸煮工段占空或通过冷却水移走。液化工段蒸汽消耗大于30%~35%蒸馏工段占45%~50%,其它工段占1.0t/t乙醇;10%~20%。因此从能量综合利用角度考虑降(2)在醪液制备过程中粉浆浓度较低糖液化低蒸煮及蒸馏过程能耗的同时优化全厂的能量综合流程复杂成熟醪乙醇体积分数通常在10%~12%利用措施是燃料乙醇生产过程关注的重点。左右,生产吨乙醇新鲜水消耗一般8~10t;(3)蒸汽消耗较高。仅乙醇精馏工段,生产乙隙2木薯燃料乙醇生产能量综合利用模式体积分数为95%的食用乙醇吨产品消耗蒸汽25通过对液化、发酵、精馏、废醪液处理工段能量3.2t的综合利甲可使木桃魁7醇生产过程能耗大幅(4)乙醇蒸馏过程采用蒸汽直接加热,生产1t度降中国煤化工t/t乙醇降低至乙醇要多消耗3t化学水,同时多产生了3t废水;2.CNMHGt/t乙醇降低至3(5)部分工厂冷却过程釆用新鲜水污水处理多~4t/t乙醇废醪液量大幅度降低,由11t乙醇采用全糟厌氧工艺污水排放量大,且不能全部达标降低至8t/t乙醇。具体措施如下生物工程郝慧英等:木薯燃料乙醇生产过程能量综合利用模式探讨21液化工段能量综合利用模式(见图2的浓醪发酵比,吨燃料乙醇降低水耗1.0~1.5t2.1.1水综合利用措施CO2洗涤水作为工艺水回用拌料釆用精馏塔釜废水、CO2洗涤水、机泵冷却用2.2.2热量综合利用措施水回收等工艺水回用措施,同时将粉浆质量分数由采用低温循环水冷却,在冬季采用循环水。通传统的25%提高至28%~30%节约一次水用量。过浓醪发酵使成熟醪乙醇体积分数由12%提高至2.1.2热量综合利用措施14%,使精馏工段的蒸汽消耗降低约300kg采用高温喷射与低能阶换热集成液化工艺,将新来臼精馏废水鲜蒸汽喷射升温后的液化醪灭菌操作完成后,进人液化醒闪蒸罐降温产生的闪蒸汽通过管线送至冷凝塔画吗医已化直接加热粉浆,实现了低能耗灭菌液化工艺。同时液化醪冷却过程中与成熟醪换热,提高成熟醪预热温度。液化过程吨燃料乙醇蒸汽耗量低于06t。发一[熟去液化第一冷却器换揭氧化锅洗涤水图3发酵工段的能量综合利用模式机泵密封水精馏塔釜废水白精馆?冷凝水闪蒸汽2.3精馏工段能量综合利用模式(见图4)区画一化圆燃料乙醇蒸馏系统的能耗所占总能耗的比例最髙燃料乙醇蒸馏的节能途径主要包括三方面:①蒸馏过程热能的回收利用;②减少蒸馏过程本身的能液化罐]四券降〖蒸煮维持{喷射夜化耗;③提高蒸馏系统的热力学效率,为此该过程的能级冷却器]法发工重优化,应系紧固统上述三方面进行成熟冻水精馏塔釜水全部作为工艺水回用醪液经分离后,部分作为工艺水回用图2液化工段的能量综合利用模式2.3.2热量综合利用措施2.2发酵工段能量综合利用模式(见图3)采用热网络合成技术支持下的多塔耦合工艺,2.2.1水综合利用措施精馏塔蒸汽冷凝液经闪蒸换热后(100℃降至采用同步糖化发酵工艺,去掉糖化工段,采用体80℃)供给粉浆预热;精馏塔塔顶乙醇蒸汽直接进积分数14%以上的浓醪发酵工艺,与体积分数12%人分子筛作为进料。成隔燃料∠醇分子筛脱水成M燃料乙醇直接蒸汽成熟自液化来去液化闪蒸蒸汽冷誕水回热器汽冷凝水去液化闪蒸粗塔再沸器直接蒸汽一精再沸器釜水去调浆或预热器进一氧化碳诜涤塔去液化闪蒸塔顶消气[品燃M[惜热圈”一"帮称直接杰汽塔顶祇气二精再沸器中国煤化工废酶液去分离CNMHG图4精馏工段的能量综合利用模式粮食与食品工业 Cereal and Food Industryvol.16,2009,No.42.4废醪液处理工段能量综合利用模式(见图5)2.4.1水综合利用措施项原有的木薯乙醇木薯燃料乙醇能量生产技术综合利用生产技术废水处理系统好氧处理后废水作为工艺水回用吨乙醇蒸汽消耗4.5~5.22.2.4.2热量综合利用措施千糟送至循环流化床沸腾炉作为燃料,提供燃料能吨乙醇新鮮水耗8-103~4乙醇生产所需的蒸汽;滤液送至废水处理单元的生化处理装置所产沼气作为湿糟气流干燥装置及循环流吨乙醇电耗/kW·h·t250化床沸腾炉的燃料实现废水/废渣的综合利用。陵板压週筒恻仁間3结论气燃烧(1)通过采用过程能量综合利用措施,木薯燃料区氧气解燃烬乙醇工厂比原来木薯乙醇工厂能耗大幅下降,达到国际先进水平。而与以玉米为原料的燃料乙醇生产企业比,木薯燃料乙醇在生产阶段的综合能耗更低清水网用去调浆好氧能量投入产出比更合理(见表4)。图5精馏工段的能量综合利用模式表4国内外玉米燃料乙醇生产企业与木薯燃料乙醇生产企业综合能耗对比综上所述,采用能量综合利用措施后,木薯燃料乙醇工厂能耗指标大幅降低,与原木薯乙醇工厂主装置名称A企业B企业A企业B企业本装置要技术指标对比情况见表3。能耗3木薯燃料乙醇工厂主要技术指标对比衰净输入能量/乙醇产量26.56022.37013.46813.35410.870/MJ·kg1项目原有的木薯乙醇木薯燃料乙醇能量生产技术综合利用生产技术(2)现在国家对燃料乙醇生产企业进行补贴,随低温液化与低能着国家乙醇汽油推广范围的扩大和乙醇汽油消耗的技术特点高温液化,糖化阶换热集成,不单独设立糖化工段增长,国家对乙醇的补贴负担会越来越重,通过燃料化吨乙醇蒸汽耗量乙醇企业生产技术的进一步提升,促进产品能耗及1.0≤0.6生产成本的进一步降低,对减轻国家负担和产业健技术特点连续或间歇稀醪同步糖化间歇浓康发展具有重要意义发酵醪发酵成熟乙体积10%~12%>14%参考文献酵分数[]黎贞崇,黄志民,杨登峰,等.影响木薯燃料乙醇发展的淀粉利用率86%~88%>90%不利因素及对策[].可再生能源,2008,26(3):106气相过料,直接多塔差压热耦合110技术特点蒸汽加热,共沸精馏分子筛冷凝[2]张贏.能源木薯种质资源面临的问题与解决策略[精馏变压吸附生物产业技术,2008(5);25-29水吨乙醇蒸汽耗量3.5~4.2≤1.6[3]黄宇形,杜迹群.美国燃料酒精工业[J酿酒科技,2005技术特点全糟厌氧发酵清液厌氧发酵[4]刘铁男.艦料乙醇与中国[M].北京:经济科学出版社吨乙醇废醪量2005/t.t.[5]曹竹安,陈博,林章凛.能源生物技术:能源植物与极不能达标排放,达标排放,沼气全沼气部分回用,部回用污泥产量[6]中国煤化工5):19-21理废水排放与趋势分析[C].中污泥产量大,后低,后续处理难度CNMH G29续处理困难[7]王异静,秦人伟.酒精工业技术资料要览[G].北京:中国废渣排放肥料或填埋锅炉燃料发酵食品工业研究院,2002.